Linija za luženje iz nerjavečega jekla je v dveh letih zamenjala tretji potopni grelnik 316L. Vsak grelnik je odpovedal na enak način-z luknjičasto korozijo vzdolž zvarnih šivov in na liniji tekočine, čemur je sledilo -puščanje stene, ki je onesnažilo kopel. Raztopina za luženje je bila mešanica dušikove in fluorovodikove kisline pri 55 stopinjah, kemija, za katero nerjavno jeklo 316L ni namenjeno. Vzdrževalna ekipa je domnevala, da je nerjavno jeklo primerno, ker je bila kopel "le kislina". Neuspehi so dokazali nasprotno.
Nerjaveče jeklo 316L je privzeti material za številne aplikacije potopnih grelnikov. Je poceni, lahko dostopen in odporen na širok spekter blagih kemikalij. Toda pri mešanem kislem luženju-zlasti tistih, ki vsebujejo fluorovodikovo kislino, kloride ali visoke koncentracije redukcijskih kislin, je 316L napačna izbira. PTFE kljub nižji toplotni prevodnosti in višji ceni zagotavlja življenjsko dobo, ki je nerjavno jeklo ne more doseči.
Zakaj 316L ne uspe pri dekapiranju z mešano kislino
Nerjaveče jeklo 316L se za odpornost proti koroziji opira na pasivni film iz kromovega oksida. Film je stabilen v oksidativnih okoljih in v številnih blagih kislinah. Pokvari se v prisotnosti specifičnih agresivnih vrst.
Najbolj škodljiva je fluorovodikova kislina. Fluoridni ioni neposredno napadajo pasivni film in preprečujejo njegovo preoblikovanje. Ko se film predre, spodnja kovina hitro zarjavi. Korozija je lokalizirana-z luknjami, razpokami in-napadi zvari-in ne enakomerno. Grelnik lahko izgubi debelino stene na majhnem območju in odpove, medtem ko je preostali del ovoja še vedno videti nedotaknjen.
Kloridi povzročajo podobno škodo, vendar je mehanizem drugačen. Kloridni ioni prodrejo v pasivni film na šibkih točkah in sprožijo luknjičasto tvorbo. Jame se poglobijo in lahko predrejo steno. Mešane dušikove-fluorovodikove lužilne kopeli vsebujejo obe vrsti in kombinacija je bolj agresivna kot katera koli sama.
| kemija | 316L Stopnja korozije | Primarni način napada | Pričakovana življenjska doba | Primernost PTFE |
|---|---|---|---|---|
| 10% dušikova kislina, 50 stopinj | <0.1 mm/year | Enakomerno, blago | >10 let | Dobro |
| 10 % dušikov + 2 % HF, 50 stopinj | 1,0–5,0 mm/leto | Pitting, udarec zvara | 3–10 mesecev | Odlično |
| 15 % dušika + 3 % HF, 55 stopinj | 3,0–10,0 mm/leto | Huda luknjastost | 1–4 mesece | Odlično |
| 20% HCl, 60 stopinj | 5,0–15,0 mm/leto | Jamica, razpoka | <2 months | Odlično |
| 10 % žveplove + 2 % HF, 60 stopinj | 2,0–8,0 mm/leto | Napad -zvarjene linije | 2–8 mesecev | Odlično |
Stopnje korozije za nerjavno jeklo 316L pri luženju z mešano kislino v primerjavi z ustreznostjo PTFE
Ranljivost Weld{0}}Line
Potopni grelniki iz nerjavečega jekla so izdelani z varjenimi spoji-opla-na-prirobnico, plaščem-na-sponki in včasih vzdolžnimi zvari. Postopek varjenja spremeni metalurgijo v toplotno-prizadetem območju in ustvari področja, ki so manj odporna proti koroziji kot osnovna kovina.
Pri luženju z mešano kislino so zvarne linije prva področja, ki pokvarijo. Območje,-ki ga prizadene toplota, ima lahko zmanjšano vsebnost kroma zaradi izločanja karbida ali pa ima preostale napetosti, ki spodbujajo pokanje. Fluoridni in kloridni ioni prednostno napadajo ta oslabljena področja.
PTFE potopni grelniki nimajo zvarnih linij v mokrem območju. Plašč je iz neprekinjenega polimernega ekstrudiranja ali oblikovanja, prirobnični spoj pa je mehansko zatesnjen ali kemično vezan in ne varjen. To odpravlja ranljivost zvar-linije, ki omejuje življenjsko dobo nerjavnega jekla pri agresivnih kemikalijah za luženje.
Prenos toplote in kompromis-velikosti
Nerjaveče jeklo 316L ima toplotno prevodnost približno 16 W/m·K-, kar je približno 64-krat več kot PTFE. Grelec iz nerjavečega jekla lahko deluje pri 3–5 W/cm² brez pregrevanja, medtem ko je grelnik PTFE v večini lužilnih kopeli omejen na 1,0–1,5 W/cm².
Praktična posledica je velikost. Grelnik iz nerjavečega jekla z močjo 6 kW lahko zahteva le 1.500 cm² površine plašča, ki se prilega v kompakten sveženj. 6 kW PTFE grelec pri 1,2 W/cm² potrebuje 5000 cm²-več kot trikratno površino. V rezervoarjih z omejenim prostorom za grelnike lahko možnost iz nerjavečega jekla ustreza tam, kjer PTFE ni primeren.
| Material grelnika | Toplotna prevodnost | Varna vatna gostota v mešani kislini | Površina za 6 kW | Relativni odtis |
|---|---|---|---|---|
| Nerjaveče jeklo 316L | 16 W/m·K | 3–5 W/cm² | 1.200–2.000 cm² | Kompakten |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,0–1,2 W/cm² | 5.000–6.000 cm² | 3–4× večji |
| Titan | 22 W/m·K | 2–4 W/cm² (omejeno z HF) | 1500–3000 cm² | Kompakten |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0,8–1,2 W/cm² | 5.000–7.500 cm² | Večje |
Prenos toplote in primerjava velikosti za potopne grelnike pri luženju z mešano kislino
Ko je nerjavno jeklo še vedno smiselno
Nerjavno jeklo ni vedno napačna izbira. V blagih raztopinah za luženje-razredčena dušikova kislina brez fluoridov ali kloridov-316L deluje dobro in stane manj kot PTFE. V teh aplikacijah sta prednosti večja gostota vatov in kompaktna velikost nerjavečega jekla.
Točka odločitve je prisotnost agresivnih vrst. Če kopel vsebuje fluorovodikovo kislino, kloride ali visoke koncentracije redukcijskih kislin, je nerjavno jeklo kratkotrajna možnost. Če je kopel blaga oksidacijska kislina, je lahko primerno nerjavno jeklo.
Primerjava skupnih stroškov skozi čas
Nabavna cena grelnika 316L je običajno 40–60 % nižja od primerljivega PTFE grelnika. Toda pri luženju z mešano kislino lahko grelnik iz nerjavečega jekla zdrži le 3–10 mesecev, medtem ko grelnik iz PTFE zdrži 3–5 let.
V pet-letnem obdobju je za možnost iz nerjavečega jekla potrebno 6–20 zamenjav, za možnost PTFE pa 1–2. Delo in izpadi za vsako zamenjavo-praznjenja rezervoarja, odstranjevanja pokvarjenega grelnika, namestitve novega in-ponovne kvalifikacije kopeli-znatno povečajo stroške izbire iz nerjavečega jekla.
Ko standardni grelniki ne morejo ustrezati zahtevani površini
Rezervoarji za luženje z mešano kislino z omejenim perifernim prostorom pogosto ne morejo sprejeti standardnih potopnih grelnikov PTFE pri nizki gostoti v vatih, ki jo zahteva kemija. Obremenitev 6 kW pri 1,0 W/cm² zahteva 6000 cm² površine plašča-več, kot zagotavlja ena ravna enota ali enota v obliki črke L-v običajnih dimenzijah rezervoarja.
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z več-prehodno ali obodno-naslednjo zasnovo porazdeli grelno površino po rezervoarju, hkrati pa ohranja nizko vatno gostoto. Postopek specifikacije zahteva kemijo kopeli, delovno temperaturo, dimenzije rezervoarja in zahtevano moč. Za naprave, v katerih delujejo linije za dekapiranje z mešano kislino, ta-specifični pristop zagotavlja kemično odpornost PTFE v konfiguraciji, ki ustreza razpoložljivemu prostoru.
